第二章医学影像物理学

1、医学影像物理学医学影像物理学重庆医科大学医学物理学教研室重庆医科大学医学物理学教研室 医学影像专业课程X射线影像技术的物理原理：射线影像技术的物理原理： X射线（不可见）射线（不可见） 人体（人体（X射线的衰减）射线的衰减） X射线影像（潜影）射线影像（潜影） 透视摄影（模拟）、数字化图像、透视摄影（模拟）、数字化图像、X-CT （可见图像）（可见图像）第二章第二章 X X射线影像射线影像重点内容重点内容 X射线的透视与照相；影像增强器、射线的透视与照相；影像增强器、特殊特殊X射线摄影和射线摄影和X射线造影；射线造影；X射线射线影像质量影像质量| 计算机数字图像的基本概念，数字计算机数字图像的

2、基本概念，数字图像的处理方法图像的处理方法 数字透视（数字透视（DSA）数）数字摄影字摄影 X-CT的物理数学基础的物理数学基础; 扫描方式；扫描方式；图像质量控制。图像质量控制。4第二章 X射线影像 第二章第二章 X射线影像射线影像 第一节 模拟X射线影像(投影)第二节 数字X射线影像(投影)第三节 X射线计算机断层成像（X-CT）5第二章 X射线影像 第一节 模拟X射线影像 一、普通X射线摄像 二、特殊X射线摄像 三、X射线摄影图像质量评价6第二章 X射线影像 X射线信息“影像” 21 11 22 13 14 33 43 44 12 31 41 32 42 34 23 24 当X射线投照被

3、检体时 ，由于不同组织衰减系数不同，使出射X射线强度分布发生变化，形成携带人体信息的X射线信息影像。 用胶片等来采集、转换X射线信息影像，使之成为可见的影像，即为X射线摄影。X射线影像 胶片非均匀非均匀X射线射线均匀均匀X射线射线投影X射线影像的形成7第二章 X射线影像 第二章第二章 X射线影像射线影像 第一节 模拟X射线影像(投影)第二节 数字X射线影像(投影)第三节 X射线计算机断层成像（X-CT） X射线源 人体检测器检测器（模拟（模拟信号）信号）数数字字化化设设备备（A A/ /D D转转换）换）计算机处理计算机处理存储器显显示示设设备备（D D/ /A A转转换）换） 显示屏显示屏

4、摄影摄影9第二章 X射线影像 第二节 数字X射线影像 四、数字X射线影像的主要技术优势一、数字图像基础二、数字减影血管造影三、数字X射线摄影X射线影像技术的物理原理：射线影像技术的物理原理： X射线（不可见）射线（不可见） 人体（人体（X射线的衰减）射线的衰减） X射线影像（潜影）射线影像（潜影） 透视摄影（模拟）、数字化图像、透视摄影（模拟）、数字化图像、X-CT （可见图像）（可见图像）11第二章 X射线影像 一、 X-CT的基础知识二、 传统X-CT的扫描方式 三、 电子束扫描方式四、 螺旋CT 五、 X-CT图像的质量控制第三节 X射线计算机断层成像(X-CT) 1. 1.常规和数字化

5、常规和数字化X X射线透视的特点射线透视的特点 （1)1)直接获得物理图象直接获得物理图象( (数字数字化化:A/D:A/DD/A)D/A)。 (2) (2)多器官的重叠图象；多器官的重叠图象； 自从自从18951895年年1111月德国物理学家伦琴发现月德国物理学家伦琴发现X X射射线后，线后，X X射线已成为医学上诊断和治疗疾病的一种射线已成为医学上诊断和治疗疾病的一种重要手段重要手段. .人们通过人们通过X X射线透视和摄影得到了人体射线透视和摄影得到了人体形态学的信息。但由于普通形态学的信息。但由于普通X X射线透视摄影是将一射线透视摄影是将一个立体的器官投照在一个平面上，它将产生影象

6、个立体的器官投照在一个平面上，它将产生影象重叠现象。为了医学研究的需要，必须获得二维重叠现象。为了医学研究的需要，必须获得二维平面信息的象，即常规的解剖断层图象。平面信息的象，即常规的解剖断层图象。 体层摄影技术是体层摄影技术是x x线诊断技术中较常用的一种线诊断技术中较常用的一种特殊摄影技术。特殊摄影技术。 这一技术既可清楚地摄取人体某一层组织的这一技术既可清楚地摄取人体某一层组织的影像，又可使其他各层组织成为模糊不清的背景。影像，又可使其他各层组织成为模糊不清的背景。体层摄影又称断层摄影或分层摄影。进行体层摄影体层摄影又称断层摄影或分层摄影。进行体层摄影的机器称之为的机器称之为x x线体层

7、机。体层摄影技术通常选取线体层机。体层摄影技术通常选取沿人体长轴的纵断层面成像，因此又称为纵断体层沿人体长轴的纵断层面成像，因此又称为纵断体层摄影术。摄影术。 根据文献记载，法国的根据文献记载，法国的A.E.BocagaA.E.Bocaga等人于等人于19211921年年发表了体层摄影的理论并描述了它的方法。发表了体层摄影的理论并描述了它的方法。19301930年由意年由意大利人大利人VallebonaVallebona将这种方法应用于临床。将这种方法应用于临床。19511951年法国年法国的的MassiotMassiot厂首先制成了多轨迹体层照相装置，由单一厂首先制成了多轨迹体层照相装置，由

8、单一的轨迹发展成为直线、圆、椭圆及内圆摆线等多种轨迹。的轨迹发展成为直线、圆、椭圆及内圆摆线等多种轨迹。 我国从我国从2020世纪世纪6060年代开始引进多轨迹体层摄影机，年代开始引进多轨迹体层摄影机，7070年代我国已开始生产多轨迹的体层照像装置。年代我国已开始生产多轨迹的体层照像装置。 常规的断层图象将使欲研究平面以外的图象变得常规的断层图象将使欲研究平面以外的图象变得模糊，而且由于模糊图象的重叠使医生不能分清图象模糊，而且由于模糊图象的重叠使医生不能分清图象中人体内部细小的形态。中人体内部细小的形态。 世界上第一台世界上第一台X-CTX-CT是在是在19721972年由英国科学家亨斯年由

9、英国科学家亨斯菲尔（菲尔（G GN NHounsfieldHounsfield）发明的，他因此和美国物）发明的，他因此和美国物理学家科马克理学家科马克(A.M.Cormaok)(A.M.Cormaok)共同获得了共同获得了19791979年度的年度的诺贝尔医学生理奖。诺贝尔医学生理奖。 人们通过人们通过X-CTX-CT可以清楚地观察到由不同器官、不可以清楚地观察到由不同器官、不同密度的各类型组织在吸收同密度的各类型组织在吸收X X射线上的差异而形成的射线上的差异而形成的图象，从而对那些对比度较低的软组织（即过去不能图象，从而对那些对比度较低的软组织（即过去不能诊断或很难诊断的血肿、水肿、梗塞、

10、萎缩）有能力诊断或很难诊断的血肿、水肿、梗塞、萎缩）有能力进行诊断，特别是为早期诊断肿瘤开辟了广阔的前景。进行诊断，特别是为早期诊断肿瘤开辟了广阔的前景。l CT CT原理的发现可以追溯到原理的发现可以追溯到19171917年，奥地利数年，奥地利数学家雷当（学家雷当（J JRadonRadon）曾经著文证明二维或三维）曾经著文证明二维或三维的物体能够从它投影的无限集合来唯一地重建图的物体能够从它投影的无限集合来唯一地重建图象（即提出方程法）。象（即提出方程法）。19381938年，年，Gabriel FrankGabriel Frank首先在一个专利中描述图象重建技术在首先在一个专利中描述图象

11、重建技术在X X射线诊射线诊断中的应用（即提出反投影法）。断中的应用（即提出反投影法）。19611961年年, ,美国美国W.H.OldendorfW.H.Oldendorf及及D.E.KuhlD.E.Kuhl等人对人体模型进行等人对人体模型进行了扫描试验。了扫描试验。19631963年美国物理学家科马克提出了年美国物理学家科马克提出了新的新的X X射线图象重建的数学模型。射线图象重建的数学模型。l 然而，全世界真正能够运用于临床诊断的然而，全世界真正能够运用于临床诊断的X X射射线图象重建仪器是英国工程师亨斯菲尔于线图象重建仪器是英国工程师亨斯菲尔于19721972年年在在EMIEMI公司研

12、制出的第一台脑部公司研制出的第一台脑部CTCT扫描仪。扫描仪。 l X X射线射线CTCT技术是放射物理学和计算机科学相结合的技术是放射物理学和计算机科学相结合的产物，它是电子计算机技术应用于医学领域所取得的重产物，它是电子计算机技术应用于医学领域所取得的重大成果。在大成果。在X X射线射线CTCT技术的带动下，人们又相继开展了技术的带动下，人们又相继开展了对超声对超声CTCT、正电子、正电子CTCT和核磁共振和核磁共振CTCT的研究。的研究。 l 这些断层成像的方法大体相同，但图像的物理内这些断层成像的方法大体相同，但图像的物理内容各异。它们可分别提供人体密度分布、声阻抗分布、容各异。它们可

13、分别提供人体密度分布、声阻抗分布、物质分布和生理功能等多方面的信息。特别是由于核磁物质分布和生理功能等多方面的信息。特别是由于核磁共振共振CTCT的飞跃发展，使医学界长期幻想用无损伤技术获的飞跃发展，使医学界长期幻想用无损伤技术获得人体器官和组织的精细诊断图像、监测活体组织的化得人体器官和组织的精细诊断图像、监测活体组织的化学变化以便窥测人体内部的早期病变的设想接近实现。学变化以便窥测人体内部的早期病变的设想接近实现。正电子正电子CTCT可显示大脑中的物质代谢过程，对大脑的研究可显示大脑中的物质代谢过程，对大脑的研究及思维科学的发展将会引起新的突破。这不但可使长期及思维科学的发展将会引起新的突

14、破。这不但可使长期争论的有关思维科学问题获得实验根据，而且对一些精争论的有关思维科学问题获得实验根据，而且对一些精神分裂症有可能得到正确的诊断。神分裂症有可能得到正确的诊断。第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）201979生理学或医学诺贝尔奖第三节 X射线计算机断层成像(X-CT)英国工程师亨斯菲尔英国工程师亨斯菲尔 MR和ECT等各种CT成像与X-CT 图像重建类似第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）21普通X射线摄影X-CT断层图像示意图X射线断面重叠像非重叠像X射线底片检测器X射线管第一节 X-CT的基础知识第三章第三章 X射线

15、计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）22X-CT断层图像 腿骨多层X-CT断层图像一、 X-CT的基础知识（1 1）X-CTX-CT的定义的定义(p50)(p50)（2 2）物理理论）物理理论 值的成像值的成像. I= I0exp(-. I= I0exp(-d)d)（3 3）数学基础）数学基础 值数字图象重建的各种值数字图象重建的各种运算方法运算方法. .（包括方程法及反（包括方程法及反投影法等数学方法）投影法等数学方法）24第二章 X射线影像 X-CT原理X-CT本质X-CT指导思想扫描投影测衰减系数 值二维分布矩阵灰度分布 值 成 像恰当理论、方法、技术确定值分布一、 X-CT的

16、基础知识25第二章 X射线影像 一、 X-CT的基础知识1、断层与解剖断面 2、体素(voxel)与像素(pixel) 3、扫描(scanning)与投影(projection, P ) 4、CT图像重建的数理基础 5、CT值与灰度显示 26第二章 X射线影像 1、断层与解剖断面 （1）断层(体层) （2）解剖断面 X-CT图像是断层形态结构的平均图像薄层人体剖面此平均代表解剖断面形态结构头部断层 27第二章 X射线影像 （3）体素 脑断层体素体素长或宽 12mm高 315mm断层内的最小体积元空间位置编码体素体素阵列1、断层与解剖断面 28第二章 X射线影像 （4）像素 二维图像基本单元像素

17、与体素一一对应图空间位置编码像素像素矩阵1、断层与解剖断面 （1 1）断层）断层: :又称体层又称体层. . (X-CT (X-CT的专用技术术语的专用技术术语. .具有一定具有一定的厚度的厚度) )（2 2）解剖断面）解剖断面 ( (医学的常用术语医学的常用术语. .理论上理论上: :没有厚没有厚度度) )（3 3）体素）体素: :构成体层的基本单元构成体层的基本单元. . 参量参量:(1):(1)位置位置( (空间编码空间编码) ) (2) (2)体积大小体积大小( (表示表示CTCT空间分辨空间分辨率率. . 长和宽长和宽:1-2mm ;:1-2mm ;高高( (厚厚度度):3-15mm

18、):3-15mm)（4 4）像素）像素: :构成图像的基本单元构成图像的基本单元. .参量参量: :位位置和面积大小置和面积大小. .( (一一对应一一对应: :测量测量 体素体素表现表现 像素像素) )1 1）扫描）扫描(1)(1)定义定义: :按一定顺序检测通过体素按一定顺序检测通过体素I I的物理技术的物理技术. .(2)(2)分类分类: : (a) (a)断层扫描断层扫描: :平移扫描平移扫描, ,旋转扫描和混合扫描等旋转扫描和混合扫描等. . (b) (b)螺旋扫描螺旋扫描:(:(又叫容积扫描又叫容积扫描, ,体积扫描体积扫描) )2 2）投影）投影(1)(1)定义定义: :受检测的

19、受检测的I,I, 其投影值其投影值P=ln(I0/I)P=ln(I0/I)(2)(2)窄束窄束X X射线的射线获取射线的射线获取 (p52) (p52)32第二章 X射线影像 2、扫描(scanning)与投影(projection, P ) （1）扫描与投影 （2）CT扫描用X射线束 X射线束不同方式、不同方向、一定顺序投照断层,并用高灵敏度检测器接收透射X线束强度透射X线束的强度I 值称投影值投影(projection, P ) 投影值的分布称投影函数扫描(scanning)一定能谱宽度的连续X射线平移扫描旋转扫描平移-旋转扫描第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-C

20、T）33获取窄束X射线的装置或准直器的示意图 （3）窄束X射线的获取散射散射光子光子散射散射光子光子源源y铅准直器铅准直器准直器检测器x受检体2、扫描(scanning)与投影(projection, P ) 第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）34（3）薄扇形X射线束扫描 2、扫描(scanning)与投影(projection, P ) 图2-22 薄扇形X射线束扫描 35第二章 X射线影像 由投影值求解衰减系数分布单能窄束X射线透射各向同性均匀连续介质衰减函数xIIe0IIx0ln1CT 本质即 值二维分布CT图像重建原理: X射线衰减规律 3、CT图像重建

21、的数理基础 I0是入射X射线强度，I是X射线出射强度，是均匀介质的线性衰减系数(linear attenuation coefficient)或线性吸收系数(linear absorption coefficient) 36第二章 X射线影像 213n（1）X射线束通过非均匀介质 )d(0nn21IIennIId021ln)(niIId0lndnnnIIe1pIIdni0ln1I0I0I II1I2I3In3、CT图像重建的数理基础 P称投影值非连续变化值非连续变化37第二章 X射线影像 (l)P称投影或投影函数 llpd )(值连续变化值连续变化(一维一维)p（1）X射线束通过非均匀介质 3

22、、CT图像重建的数理基础 38第二章 X射线影像 值连续变化值连续变化(二维二维)P（x、y）(x、y)（1）X射线束通过非均匀介质 3、CT图像重建的数理基础 求联立方程得出所有体素的衰减系数i值的二维分布矩阵重建图像对受检体扫描投影值i为未知数的线性方程39第二章 X射线影像 值连续变化值连续变化(二维二维)P（x、y）(x、y)设L到x-y坐标系中心O点距离R，与y轴夹角xcos+ ysin=R 0，2 R从O点至受检体最大外沿变化用新R-坐标系表示X线路径L在x-y坐标平面位置则yxyxRpdd ),(),(（1）X射线束通过非均匀介质 3、CT图像重建的数理基础 （1 1）理论依据：

23、通过非均匀介质的）理论依据：通过非均匀介质的P P P= d -1ln(I0/I)= (1+ P= d -1ln(I0/I)= (1+ 2+ n)2+ n)X-CTX-CT扫描扫描值二维值二维数字图象数字图象 重建重建物理图象物理图象=d-1ln(I0/I)=d-1ln(I0/I) 多种多种数学方法数学方法CT CT 值灰度值灰度CTCT物理图像成像的原理图物理图像成像的原理图1）重建数字图象的方法之一）重建数字图象的方法之一 -方程法方程法 (1917年年 P53 ) （a）理论依据：）理论依据： 通过非均匀介质的通过非均匀介质的P（P53 图图2-23） P= d -1ln(I0/I)=

24、(1+ 2+ n) （b）方法：（）方法：（2-18） （c）缺点：）缺点：160160=2560044第二章 X射线影像 （2）图像重建的反投影法 (back projection)（总和法）反投影法又称总和法，此法是利用投影数值近似地复制出i值的二维分布。 图2-24 反投影图示意反投投影数值体素i(x,y)值(a) 投影xzyxzy(b) 反投影3、CT图像重建的数理基础 45第二章 X射线影像 （2）图像重建的反投影法（总和法）4590135135 1 2 3 40 22体素矩阵重建3、CT图像重建的数理基础 图2-25 22体素矩阵的反投影法图像重建0 4 6 4 6求和化简 所有体

25、素 参数总和减基数10 1 5 5 445 3 3 7 790 5 2 3 5135 13 16 19 22 3 6 9 12 1 2 3 446第二章 X射线影像 反投影法优缺点（2）图像重建的反投影法 （总和法）重建速度快 边缘失锐（图2-26）优点:缺点:3、CT图像重建的数理基础 47第二章 X射线影像 边缘尖锐的抑制（2）图像重建的反投影法 （总和法）滤波反投影法（图2-27）3、CT图像重建的数理基础 X-CTX-CT扫描扫描值二维值二维数字图象数字图象 重建重建物理图象物理图象=d-1ln(I0/I)=d-1ln(I0/I) 多种多种数学方法数学方法CT CT 值灰度值灰度CTC

26、T物理图像成像的原理图物理图像成像的原理图49第二章 X射线影像 （1）CT值（p55）4、CT值与灰度显示 表示每个像素对应的体素对X射线平均衰减量大小CTAir= -1000 (HU) CTWater = 0 (HU)k 称分度因子 k=1000（2） 灰度显示 灰度分布显示CT影像wwkCT（1 1） CT CT值（值（P54P54） 1 1）定义：）定义：CTCT图象测量中表示组织密度的统一图象测量中表示组织密度的统一计量单位计量单位 表示每个像素所对应的线表示每个像素所对应的线性衰减系数的大小。性衰减系数的大小。 规定规定:HU:HU（亨；（亨；H;HuH;Hu）为）为CTCT值的单

27、位。值的单位。 2 2）实用定义式）实用定义式 CT=1000(x-w)/w (HU) CT=1000(x-w)/w (HU) 其中其中ww取值为取值为19m-19m-1(73keV); CTw =01(73keV); CTw =0 3 3）范围：）范围： CT CT 空气；水；骨空气；水；骨骼骼 -1000-1000；0 0； （指导（指导P50 P50 例例3 32 2 已知已知 CT CT35HU35HU，求求） 1 1）CTCT值的应用使得原仅靠肉眼比较来判断值的应用使得原仅靠肉眼比较来判断的密度差别转变为量化比较，其精确性有了革命的密度差别转变为量化比较，其精确性有了革命性的提高，这

28、是数字图像的又一大优势。性的提高，这是数字图像的又一大优势。 2 2）可确认组织或病变的性质。如，）可确认组织或病变的性质。如，CTCT值为值为3030300H300H大多是脂肪组织；大多是脂肪组织；CTCT值为值为100H100H以上以上多为钙化组织；多为钙化组织；CTCT值在值在0H0H左右多为液体组织。左右多为液体组织。 3 3）通过）通过CTCT值的测量对比，可确认非正常表值的测量对比，可确认非正常表现的存在。如，有时骨密度的减低单靠肉眼难以现的存在。如，有时骨密度的减低单靠肉眼难以确认，通过与相同部位正常骨组织确认，通过与相同部位正常骨组织CTCT值的比较，值的比较，可知道是否确实有

29、密度减低存在。可知道是否确实有密度减低存在。52第二章 X射线影像 （1）图像后处理技术的种类 （2）几个典型图像处理技术 5、X-CT后处理技术 1) 1)种类（种类（P56P56） 窗口窗口(window)(window)技术技术 计算机图象处理技术计算机图象处理技术(2)(2)几种典型图象处理技术几种典型图象处理技术(P58)(P58) 1) 1)窗口窗口(window)(window)技术技术 2) 2)计算机图像处理技术计算机图像处理技术 （1 1）图象的过滤）图象的过滤 （2 2）图象的放大和缩小）图象的放大和缩小（1 1）定义：在）定义：在CTCT值某值某一范围内放大其灰度一范围

30、内放大其灰度的技术的技术. .( (窗口窗口: :被放大的灰度范被放大的灰度范围）围）（人眼的分辨能力（人眼的分辨能力 仅仅16163333灰度灰度, , 所以所以, ,每个灰度的每个灰度的CTCT值值范围为范围为 2000/16=125HU2000/16=125HU）(a)(a)窗宽（窗宽（WWWW） CTmax-CTnimCTmax-CTnim(b)(b)窗位（窗平窗位（窗平 WL WL） (CTmax(CTmaxCTnim)/2CTnim)/2（c c）观察不同的组织）观察不同的组织必须选择适当的窗宽必须选择适当的窗宽和窗位。和窗位。 如如: :脑实质为脑实质为+35H+35H左右左右,

31、 ,颅颅骨为骨为+300H+300H左右左右; ; 所以所以, ,观察时脑实质可观察时脑实质可取窗位取窗位+35H+35H和窗宽和窗宽+100H;+100H;而颅骨可取窗位而颅骨可取窗位+300H+300H和窗和窗宽宽 H H（指导（指导P53P53例例3 33 3例例3 34)4)(P53 (P53 例例3 35 5 窗口技术对窗口技术对CTCT图像的影响图像的影响 ）57第二章 X射线影像 显示灰阶对应CT值范围的灰度分级黑白对比度大(小)窗宽窄(宽)CT值范围小(大)灰阶跨度小(大)利于显示密度差别小(大)的组织窗宽窗位-500-300-10001000窗宽、窗位及显示灰阶窗宽、窗位及显

32、示灰阶 （2）几个典型图像处理技术 1）窗口(Window)技术灰阶第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）60二、几个典型图像处理技术 增强观测组织对应灰度的技术2minmaxCTCT窗位（1）窗口（3）窗位(window level W.L)（2）窗宽(window width W.W)窗宽= CTmaxCTmin 观测组织CT值范围范围以下压缩为全黑范围以上增强为全白1.窗口(Window)技术增强的灰范围对应 灰度范围上下限之差窗口中心灰度值第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）61例: 观察脑部血液(CT值12HU)及凝血(CT值

33、5676HU) 窗宽= CTmaxCTmin =800=80HU 40HUHU20802minmaxCTCT窗位上限灰度为80 HU,下限灰度为0 HU则1.窗口(Window)技术第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）62双窗技术用两种窗宽窗位，以便观察不同CT值范围的组织。 头的脑窗头的脑窗（L36 W96）头的骨窗头的骨窗（L500 W1600 ）双窗技术用两种窗宽窗位，以便观察不同CT值范围的组织。 第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）63第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）64双窗技术用两种窗宽窗

34、位，以便观察不同CT值范围的组织。 椎骨的软组织窗椎骨的骨窗第三章第三章 X射线计算机断层成像（射线计算机断层成像（X-CT）65双窗技术用两种窗宽窗位，以便观察不同CT值范围的组织。 肺部的肺窗肺部的纵隔窗 （1 1）图象的过滤）图象的过滤 （P58P58） 图象增强技术图象增强技术（2 2）图象的放大和缩小）图象的放大和缩小 （P58P58）67第二章 X射线影像 2）图像的再加工处理考虑每一像素与临近像素关系算出像素新数值。例: 对33矩阵像素值平滑处理。E为某点原像素值, E为处理后像素值， 不同滤波公式完成相应滤波计算。图像的过滤原理ECJFBHEAGD典型的 33图像矩阵滤波处理

35、（2）几个典型图像处理技术 68第二章 X射线影像 2）图像的再加工处理22)()()()(2JFCGDAJHGCBAEl轮廓滤波l边缘增强滤波 )22622(21JHGFEDCBAEl阴影滤波l平滑滤波l平均平滑滤波)22422(161JHGFEDCBAE)(81JHGFDCBAE)3(21JHGFEDCBAE图像的过滤（2）几个典型图像处理技术 69第二章 X射线影像 图像的放大和缩小2）图像的再加工处理（2）几个典型图像处理技术 70第二章 X射线影像 图像的放大和缩小2）图像的再加工处理数据缺少图像粗糙插值法图像放大图像缩小数据增多数据压缩缺点缺点处理处理图像失真（2）几个典型图像处理

36、技术 71第二章 X射线影像 图像的放大和缩小2）图像的再加工处理xyo插值法2abacabc两点平均插值示意图 （2）几个典型图像处理技术 72第二章 X射线影像 73第二章 X射线影像 X-CTX-CT扫描扫描值二维值二维数字图象数字图象 重建重建物理图象物理图象=d-1ln(I0/I)=d-1ln(I0/I) 多种多种数学方法数学方法CT CT 值灰度值灰度CTCT物理图象成像的原理图物理图象成像的原理图75第二章 X射线影像 准直器检测器X射线管扫描床扫描架高压发生器数据采集器数据受检体扫描装置示意图二、 传统X-CT的扫描方式 一一. .单束平移单束平移- -旋转扫描旋转扫描(T/R

37、)(T/R)(第一代第一代CT)P59CT)P59二二. .窄扇形束平移窄扇形束平移- -旋转扫描旋转扫描(T/R)(T/R) ( (第二代第二代CT) P59CT) P59三三. .旋转旋转- -旋转扫描旋转扫描(R /R) (R /R) (第三代第三代CT) CT) 1. P60 1. P60； 2. P62 2. P62 螺旋扫描螺旋扫描四四. .静止静止- -旋转扫描方式旋转扫描方式(S /R) (S /R) (第四代第四代CT) CT) 1. 1.内旋式内旋式 P60 P60；2.2.外旋式外旋式 P60 P60五五. .电子束扫描电子束扫描( (第五代第五代CT) P61CT) P

38、6177第二章 X射线影像 1、单束平移-旋转（T/R）方式2、窄扇形束平移-旋转（T/R）方式 3、旋转-旋转（R/R）方式 4、静止-旋转（S/R）方式 5、传统CT扫描的技术缺憾 二、 传统X-CT的扫描方式 78第二章 X射线影像 1、单束平移-旋转（T/R）方式 一个X射线管一个检测器先直线平移后旋转角度射线利用率低 扫描速度慢第一代CT扫描（1）组成（2）特点（3）缺点79第二章 X射线影像 1、单束平移-旋转（T/R）方式 一个X射线管一个检测器先直线平移后旋转角度第一代CT扫描（1）组成（2）特点（3）缺点射线利用率低 扫描速度慢80第二章 X射线影像 第二代CT扫描一个X射线

39、管630个检测器窄扇形线束同时采样平移-旋转运动伪影（1）组成（2）特点（3）缺点2、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式 81第二章 X射线影像 第二代CT扫描一个X射线管630个检测器窄扇形线束同时采样平移-旋转运动伪影（1）组成（2）特点（3）缺点2、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式 82第二章 X射线影像 第三代CT扫描3、旋转-旋转（R/R）方式 一个X射线管检测器阵列宽扇形线束同步旋转环形伪像（1）组成（2）特点（3）缺点83第二章 X射线影像 第三代CT扫描一个X射线管检测器阵列环形伪像（1）组成（2）特点（3）缺点3、旋转-旋转（R/R）方式 宽扇形线束同步旋转84第二章

40、X射线影像 第四代CT扫描4、静止-旋转扫描（S/R）方式 一个X射线管检测器环宽扇形射束静止-旋转扫描章动-旋转速度快多方向投影克服环形伪影（1）组成（2）特点（3）优点85第二章 X射线影像 第四代CT扫描4、静止-旋转扫描（S/R）方式 一个X射线管检测器环(6002000个检测器组成 )宽扇形射束静止-旋转扫描章动-旋转速度快多方向投影克服环形伪影（1）组成（2）特点（3）优点86第二章 X射线影像 5、传统CT扫描的技术缺憾 扫描床静止电缆供电不能连续扫描时间延缓断层间隔87第二章 X射线影像 三、电子束扫描方式 电子束偏转产生X射线第五代CT扫描大型X线管静止检测器环动态器官检查1

41、.组成2.特点3.优点电子控制 无机械运动高速扫描88第二章 X射线影像 第五代CT扫描三、电子束扫描方式 89第二章 X射线影像 第五代CT扫描三、电子束扫描方式 90第二章 X射线影像 X-CT机91第二章 X射线影像 X-CT控制台92第二章 X射线影像 93第二章 X射线影像 四、螺旋 CT电子束偏转产生X射线大型X线管静止检测器环动态器官检查1.组成2.特点3.优点电子控制 无机械运动高速扫描94第二章 X射线影像 1、单源螺旋CT 2、双源螺旋CT四、螺旋 CT95第二章 X射线影像 (1)单层螺旋CT 1、单源螺旋CT1）螺旋CT供电方式与扫描方式 大容量X线管圆弧状检测器阵列供

42、电方式扫描方式连续旋转扫描检查床匀速移动螺旋线形轨迹l无扫描延搁 可动态扫描滑环技术 电刷与滑环平行滑动接触l容积数据 三维重建优点l扫描速度快 运动伪像少螺旋CT96第二章 X射线影像 (1)单层螺旋CT 1、单源螺旋CT滑环的结构 97第二章 X射线影像 (1)单层螺旋CT 螺旋扫描与螺旋线形轨迹 1、单源螺旋CT98第二章 X射线影像 线性内插(1)单层螺旋CT 螺旋内插全扫描内插法 360 线性内插半扫描内插法 180线性内插两圈螺旋数据内插一圈螺旋数据内插-0.5 00.51圈02圈-11螺旋插值1、单源螺旋CT99第二章 X射线影像 (1)单层螺旋CT 螺旋CT数据内插 1、单源螺

43、旋CT螺旋插值螺旋内插100第二章 X射线影像 式中d为扫描架旋转一周进床距离，S为透过检测器的X射线厚度。在单层螺旋CT中，X射线束厚度等于检测器准直宽度，即等于采集层厚. (1)单层螺旋CT 1、单源螺旋CTdpitchS螺距101第二章 X射线影像 扫描速度高，不遗漏病灶，减少运动伪影；数据连续，采集无遗漏，二维和三维重建图像质量高；任意回顾性重建图像，无层间隔大小约束和重建次数限制；单位时间内扫描速度高，CT检查时对比剂利用率增强。螺旋CT扫描与常规CT扫描相比主要优点1、单源螺旋CT(1)单层螺旋CT 102第二章 X射线影像 4层层CT的检测器结构与数据采集系统的检测器结构与数据采

44、集系统(DAS)示意示意孔束X线四组数据采集系统（DAS）(c).四组DAS检测器排宽4321(b) 等宽型排宽排宽排宽(a) 不等宽型排宽等宽型与非等宽型检测器(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT103第二章 X射线影像 （a）16排检测器，检测器宽度1.25mm（b）34排检测器，靠中央四排宽度为0.5mm，其他30排均为1mm（c）8排检测器，从中央向两边宽度分别为1mm、1.5mm、2.5mm、5mm等宽型与非等宽型检测器(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT104第二章 X射线影像 等宽型与非等宽型检测器的优点X射线束四棱锥形“小孔束”厚扇形束组合各种层

45、厚灵活检测器间隙数目多X线利用率低l等宽型对称排列l非等宽型对称排列检测器间隙数目少X线利用率高组合各种层厚不便(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT105第二章 X射线影像 a）4层1.25mm （b）4层5mm对称型检测器组合方式(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT106第二章 X射线影像 式中d 为扫描架旋转360进床距离；S表示层厚；M表示扫描一周获得图像的层数；M.S为透过检测器的X射线束厚度，当时M=1，上式实际上就是单层螺旋CT的螺距。多层面CT螺距dpitchM S(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT107第二章 X射线影像 MSC

46、T图像重建算法主要采用两种方法 重建算法的选择消除伪影 减少图像噪声 改善图像质量滤 过 内 插 法优化采样扫描通过调整采样轨迹的方法来获得补偿信息、缩短采样间隔、增加Z轴上的采样密度来获得图像质量的改善 通过改变滤过波形和宽度来自由调整 切层轮廓外形的有效层厚及图像噪声，实现Z轴方向的多层重建。(2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT108第二章 X射线影像 MSCT与单层螺旋CT相比有以下优缺点l 优点: 扩大扫描范围，加快扫描速度,缩短检查时间,提高射线利用,减少射线总量,降低散射剂量,改善Z轴分辩率改善图像质量l 缺点: 一次扫描获取的层数还不多,长轴分辩率有待进一步提高等

47、等。 (2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT109第二章 X射线影像 MSCT显示腹主动脉 (2)多层螺旋CT(MSCT)简介 1、单源螺旋CT110第二章 X射线影像 机架旋转90即可获得180数据 检测器组均采用不对称模式 主辅检测器组两射线管在XY平面上间隔90 两个X射线源和两套检测器采集数据 双源CT（dual source computed tomography，DSCT） 2 双源螺旋CT 双源CT示意图 111第二章 X射线影像 常规检查或非心脏冠状动脉检查只需一个射线源 放射剂量却只有常规CT的50% 极大提高对组织特征的分辨力 全自动减影算法将血管与骨骼相分离

48、 探头由多层检测器和滤线层组成能够同时探测低能和高能X射线 两个X射线管的管电压分别为80kV和140kV 双能量技术 双源CT（dual source computed tomography，DSCT） 2 双源螺旋CT 112第二章 X射线影像 五、 X-CT图像的质量控制 1、图像的主要质量参数 2、X-CT图像的伪像 3、X-CT展望 113第二章 X射线影像 1、图像的主要质量参数 （1）对比度(contrasit)及对比度分辨力 %100baba式中a、b为两像素的CT值%100bba对比度物质密度差异透射X线差异像素灰度对比对比度相对对比度114第二章 X射线影像 对比度分辨力（密度分辨力）用可分辨的最小对比度的数值表示。检测方法低密度模体CT法1、图像的主要质量参数 （1）对比度(contrasit)及对比度分辨力 115第二章 X射线影像 用可分辨的最小对比度的数值表示。低密度模体CT法对比度分辨力（密度分辨力）1、图像的主要质量参数 （1）对比度(contrasit)及对比度分辨力 检